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編者按：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農(nóng)業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應(yīng)用，還需要系統(tǒng)化的集成創(chuàng)新。智慧系統(tǒng)解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統(tǒng)解決方案應(yīng)用水平，現(xiàn)由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng)新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，控制網(wǎng)（www.miconline.com.cn）＆《自動(dòng)化博覽》承辦的2020智慧系統(tǒng)解決方案征集活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開征集智慧系統(tǒng)解決方案。本刊特開設(shè)智慧系統(tǒng)解決方案專欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

河鋼樂亭項(xiàng)目是河鋼集團(tuán)貫徹落實(shí)中央關(guān)于鋼鐵企業(yè)退城重大搬遷決策部署、以產(chǎn)能置換方式推動(dòng)集團(tuán)沿海鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級的重要工程項(xiàng)目。在整個(gè)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩、同質(zhì)化競爭日趨激烈的大背景下，河鋼樂亭從項(xiàng)目啟動(dòng)開始，便圍繞如何提高企業(yè)的有效供給、創(chuàng)新生產(chǎn)組織模式和服務(wù)模式、培育競爭新優(yōu)勢，真正促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)升級等目標(biāo)，從管理、工藝、設(shè)備、信息自動(dòng)化體系支撐等全方位入手，展開頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)，建設(shè)覆蓋鐵、鋼、軋的綠色化、智能化、品牌化的新一代長流程鋼廠。

結(jié)合《中國制造2025》以及《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的要求與建議，在信息自動(dòng)化體系支撐方面，借鑒業(yè)內(nèi)同行及河鋼自身有益經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮與產(chǎn)線基建同步建設(shè)實(shí)施的資源優(yōu)勢，對生產(chǎn)全要素進(jìn)行總動(dòng)員，覆蓋產(chǎn)銷一體化、全流程質(zhì)量管理、供應(yīng)鏈、物流、能源、設(shè)備、財(cái)務(wù)、成本、人力等各方管理需求，構(gòu)筑縱向貫通、橫向集成、協(xié)同聯(lián)動(dòng)的完整智能制造體系。本文為河鋼樂亭鐵鋼區(qū)智能調(diào)度設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)為充分利用信息技術(shù)手段以及優(yōu)化模型算法，以鐵鋼區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)為中心，深度集成鐵運(yùn)、鐵前MES、鋼區(qū)MES、自動(dòng)化天車、鐵鋼包管理、鋼區(qū)二級等系統(tǒng)，使鐵鋼調(diào)度執(zhí)行過程智能化、可視化，生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、對生產(chǎn)異常進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，為調(diào)度決策提供準(zhǔn)確信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鐵區(qū)高爐出鐵、鋼區(qū)各工序生產(chǎn)作業(yè)的高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)企業(yè)鐵鋼產(chǎn)能平衡，滿足河鋼樂亭綠色化、智能化建設(shè)目標(biāo)，為未來河鋼樂亭品牌化奠定基礎(chǔ)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2020年5月投入運(yùn)行。

1 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）冶金長流程智能化解決方案：從單工序或局部區(qū)域的模型化、精細(xì)化拓展到全流程的智能化，覆蓋產(chǎn)品制造全流程；

（2）鐵鋼區(qū)生產(chǎn)管控柔性銜接：突破以往鐵、鋼獨(dú)立作業(yè)模式，將鐵區(qū)按庫存生產(chǎn)以及鋼后按訂單生產(chǎn)組織模式進(jìn)行柔性銜接，支撐鐵鋼綠色化經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)；

（3）異構(gòu)系統(tǒng)集成程度高：以鐵鋼區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)為中心，統(tǒng)籌鐵運(yùn)物流及生產(chǎn)等系統(tǒng)，統(tǒng)一各系統(tǒng)間接口模式，進(jìn)行異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成；

（4）新一代智能化技術(shù)應(yīng)用：包括業(yè)內(nèi)先進(jìn)的多目標(biāo)優(yōu)化模型算法、圖像AI識別技術(shù)、鐵鋼包/天車定位及RFID跟蹤技術(shù)的集成應(yīng)用。

2 項(xiàng)目方案

鋼鐵行業(yè)為典型的長流程生產(chǎn)制造型行業(yè)，包括了煉鐵、煉鋼、軋鋼（熱軋、冷軋）等主要生產(chǎn)過程。按照各生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，業(yè)內(nèi)通用的生產(chǎn)管理模式為煉鐵區(qū)域進(jìn)行面向庫存的生產(chǎn)、鋼后區(qū)域進(jìn)行面向訂單的生產(chǎn)，從一定程度上講，企業(yè)對鐵區(qū)、鋼區(qū)的生產(chǎn)管理是相對獨(dú)立的，前后生產(chǎn)節(jié)奏銜接不夠緊密，鐵水運(yùn)輸以及下游生產(chǎn)組織的效率極大地依賴于公司級生產(chǎn)調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)，易造成鐵水溫降過大或鋼區(qū)生產(chǎn)無法按計(jì)劃準(zhǔn)確執(zhí)行等情況；另一方面，鋼區(qū)生產(chǎn)組織相對復(fù)雜，冶煉過程屬于“黑箱”系統(tǒng)，無法精準(zhǔn)感知控制生產(chǎn)節(jié)奏，亟需通過智能化手段進(jìn)行事前生產(chǎn)預(yù)測及事后的生產(chǎn)調(diào)整，以滿足新一代冶金長流程生產(chǎn)企業(yè)精細(xì)化管理的更高要求。因此，河鋼樂亭在整體智能化產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，特別針對鐵鋼區(qū)生產(chǎn)調(diào)度管理進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)方案如下：

（1）整體功能設(shè)計(jì)

河鋼樂亭鐵鋼區(qū)智能調(diào)度，為跨生產(chǎn)區(qū)域的公司級全流程冶煉作業(yè)計(jì)劃指揮管理系統(tǒng)，屬行業(yè)首創(chuàng)，是河鋼樂亭產(chǎn)銷一體化管理中的重要組成部分，向上承接產(chǎn)銷一體化-計(jì)劃系統(tǒng)下發(fā)的澆次計(jì)劃以及產(chǎn)銷一體化-訂單設(shè)計(jì)下發(fā)的鋼區(qū)質(zhì)量設(shè)計(jì)，向下指導(dǎo)從鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉、到連鑄等鋼區(qū)全流程生產(chǎn)作業(yè)。

主要功能包括：鋼區(qū)生產(chǎn)作業(yè)動(dòng)態(tài)排程、溫度預(yù)測、天車實(shí)時(shí)調(diào)度、鋼包調(diào)度、鐵水調(diào)撥。通過特定工藝參數(shù)、牌號以及工藝路徑的數(shù)據(jù)設(shè)定，管理從鐵水需求、轉(zhuǎn)爐、精煉到澆鑄和鋼包管理的一系列生產(chǎn)過程，在滿足工藝和物流管理需求的基礎(chǔ)上，達(dá)到生產(chǎn)序列和生產(chǎn)截止期的最佳匹配，削減運(yùn)輸緩沖時(shí)間，有效減少鐵水溫降，保障鐵水預(yù)處理高效脫硫，提升鋼區(qū)冶煉作業(yè)效率、提升鋼包的出鋼質(zhì)量，保障生產(chǎn)穩(wěn)定性。鐵鋼區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)在鐵區(qū)的管理范圍包括高爐出鐵到煉鋼鐵水預(yù)處理，主要功能包括分鐵計(jì)劃、鑄鐵計(jì)劃以及鋼區(qū)緩沖包計(jì)劃的創(chuàng)建下發(fā)、鐵水調(diào)度管理。鋼區(qū)的管理范圍包括鋼區(qū)爐次計(jì)劃編制、鋼包調(diào)度管理、鋼區(qū)爐次計(jì)劃動(dòng)態(tài)調(diào)整、調(diào)度及監(jiān)控。

（2）系統(tǒng)集成及關(guān)鍵技術(shù)

河鋼樂亭鐵鋼區(qū)智能調(diào)度設(shè)計(jì)方案，以產(chǎn)銷一體化-鐵鋼動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)為核心，通過與煉鐵MES、鐵運(yùn)系統(tǒng)、煉鋼MES、鐵鋼包管理、自動(dòng)化天車系統(tǒng)、鋼區(qū)二級系統(tǒng)的深度集成，進(jìn)行鐵鋼區(qū)調(diào)度聯(lián)合作業(yè)協(xié)同管理，對高爐、鐵包、運(yùn)輸機(jī)車、天車、鋼包、轉(zhuǎn)爐等作業(yè)實(shí)體，以及出鐵過程、運(yùn)輸過程、吊運(yùn)過程、冶煉過程等作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)籌監(jiān)控、管理，充分考慮實(shí)體與過程的狀態(tài)變更，充分考慮鐵鋼水運(yùn)輸過程溫降、包的運(yùn)輸及吊運(yùn)路徑選擇、前后生產(chǎn)工序作業(yè)銜接等關(guān)鍵因子，采用多目標(biāo)尋優(yōu)智能算法進(jìn)行系統(tǒng)建模，使整個(gè)鐵鋼調(diào)度執(zhí)行過程數(shù)字化、智能化，動(dòng)態(tài)可調(diào)。

其中，煉鐵MES主要與鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)交互高爐鐵水生產(chǎn)計(jì)劃、出鐵實(shí)績及質(zhì)量信息，供鐵鋼區(qū)調(diào)度進(jìn)行合理的鐵水分配及爐次訂單匹配。鐵運(yùn)采用機(jī)車位置跟蹤、微機(jī)聯(lián)鎖等技術(shù)完成包架、機(jī)組運(yùn)輸動(dòng)態(tài)管理，執(zhí)行鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)分鐵計(jì)劃，為鐵包運(yùn)輸選擇最優(yōu)路徑計(jì)算，提高鐵包周轉(zhuǎn)效率。煉鋼MES主要接收鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)澆次計(jì)劃推導(dǎo)計(jì)算的鋼區(qū)各工序生產(chǎn)計(jì)劃，并與鋼區(qū)二級共同完成鋼區(qū)生產(chǎn)情況跟蹤。鐵鋼包管理主要功能包括鐵包、鋼包的識別及定位、鋼包熱成像監(jiān)測、鋼包內(nèi)襯狀態(tài)及維護(hù)、包齡及履歷管理。基于定位和驗(yàn)證傳感設(shè)備，進(jìn)行鋼包的識別以及天車和鋼包車的實(shí)時(shí)跟蹤。通過紅外攝像和AI圖像識別技術(shù)應(yīng)用，對生產(chǎn)狀態(tài)的鋼包進(jìn)行360度檢測，實(shí)時(shí)掌握鋼包內(nèi)襯侵蝕狀態(tài)，進(jìn)行維修預(yù)警，防止漏鋼事故，提升鋼包智能選用及生產(chǎn)安全性保障。同時(shí)，通過對鐵、鋼包使用履歷的管理，向鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)提供鐵包、鋼包的可用列表情況與使用狀態(tài)信息。自動(dòng)化天車系統(tǒng)主要完成鐵包的吊運(yùn)以及鋼包的吊運(yùn)管理，應(yīng)用天車吊包的掛鉤識別輔助技術(shù)及天車導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用，確保作業(yè)安全可控，保障工序間生產(chǎn)銜接高效協(xié)同。

（3）業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)

實(shí)際執(zhí)行中，根據(jù)產(chǎn)銷一體化下發(fā)的鋼區(qū)澆次序列，鋼區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度生成鋼區(qū)爐次生產(chǎn)訂單，借助系統(tǒng)排程模型算法得出該澆次每爐在每個(gè)工序的開始生產(chǎn)和結(jié)束生產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)而推出鋼區(qū)生產(chǎn)所需鐵水需求量。當(dāng)鋼區(qū)生產(chǎn)所需鐵水需求量與高爐出鐵計(jì)劃的出鐵量曲線不平衡時(shí)，鐵區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度及時(shí)給予調(diào)整反饋。正常情況下，鐵區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度參考鐵前MES系統(tǒng)的高爐出鐵計(jì)劃，計(jì)算該澆次每爐在鐵水預(yù)處理工序的開始生產(chǎn)、結(jié)束生產(chǎn)時(shí)間、計(jì)劃到達(dá)出鐵口時(shí)間、出鐵口等信息。同時(shí)，鐵區(qū)調(diào)度向鐵運(yùn)系統(tǒng)提出空包需求計(jì)劃，鐵運(yùn)系統(tǒng)根據(jù)鐵包狀態(tài)及流轉(zhuǎn)情況，給出合理的配包實(shí)績。之后，鐵區(qū)調(diào)度再根據(jù)出鐵實(shí)績與鋼區(qū)鐵水需求計(jì)劃指定鐵水重包去向。鋼區(qū)接鐵完成后，鐵區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度接收鐵包管理系統(tǒng)給出的空包返回信息，將其中可用包列入可用空包列表，同時(shí)接收天車系統(tǒng)的返回鐵包放置信息，進(jìn)而完成對鐵包使用情況、狀態(tài)的跟蹤與履歷管理。鋼區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度根據(jù)澆次計(jì)劃生成的爐次生產(chǎn)計(jì)劃，包括了預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄等各個(gè)生產(chǎn)工序的生產(chǎn)計(jì)劃及時(shí)間序列，以圖形化方式展示，明確了各生產(chǎn)工藝路徑及生產(chǎn)設(shè)備，并同步給鋼包管理、自動(dòng)化天車、鋼區(qū)二級等系統(tǒng)，按照爐次計(jì)劃共同組織完成鋼區(qū)生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)作業(yè)。通過二級實(shí)際反饋上傳的工序生產(chǎn)狀態(tài)，鋼區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度對爐次計(jì)劃進(jìn)行執(zhí)行過程的監(jiān)控管理，當(dāng)計(jì)劃執(zhí)行出現(xiàn)時(shí)間、設(shè)備或人為調(diào)整導(dǎo)致的偏差時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)對爐次計(jì)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新；根據(jù)生產(chǎn)鋼水的質(zhì)量判定信息，鋼區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)度可以進(jìn)行快速的爐次換單，并重新計(jì)算當(dāng)前爐次計(jì)劃及后續(xù)爐次計(jì)劃的生產(chǎn)計(jì)劃信息，滿足調(diào)度人員對鋼區(qū)生產(chǎn)節(jié)奏的動(dòng)態(tài)管理，滿足公司對于全流程按單進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量管理的需要。在生產(chǎn)過程發(fā)生異常后，如資源、時(shí)間發(fā)生沖突或存在斷澆可能時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提供預(yù)警，輔助調(diào)度人員進(jìn)行作業(yè)調(diào)整，適應(yīng)煉鋼區(qū)域復(fù)雜多變的生產(chǎn)管理要求，同時(shí)滿足下游軋鋼區(qū)域的物料需求計(jì)劃。

鐵區(qū)調(diào)度畫面

鋼區(qū)調(diào)度畫面

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年4月刊